功率器件封装工艺详解(公司最新)

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,至诚至爱，共创未来,SI SEMI.,*,至诚至爱，共创未来,SI SEMI.,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2,1,主要内容,主要内容介绍,一、功率器件后封装工艺流程,二、产品参数一致性和可靠性的保证,三、产品性价比,四、今后的发展,2,功率器件后封装工艺流程,划片,粘片,压焊,塑封,老化,打印,管脚上锡,测试,切筋,检验,包装,入库,Die bonding,Die saw,wire bonding,molding,marking,Heat aging,plating,segregating,Testing,Inspection,Packing,Ware house,3,功率器件后封装工艺流程,划片,划片,圆硅片,划片及绷片后的圆片,划片：将圆片切割成单个分离的芯片,划片特点：日本,DISCO,划片机，具有高稳定性，划片刀的厚度,25um,，芯片损耗小。,4,日本,DISKO,划片机,功率器件后封装工艺流程划片车间,5,功率器件后封装工艺流程,粘片,（将单颗芯片粘结到引线框架上）,实物图,划片,粘片,压焊,塑封,打印,6,我公司粘片的特点,1,、自动粘片机，芯片和引线框架的粘结牢固，一致性好。,2,、优质的框架及焊接材料使用，获得良好的热学和电学特性。,3,、芯片与框架的热匹配性良好，芯片和框架之间的应力达到最小，热阻小，散热性好。,4,、氮氢气体保护，避免高温下材料氧化。,7,功率器件后封装工艺流程,粘片车间,粘片员工在认真操作,8,功率器件后封装工艺流程,粘片车间,全新的,TO-220,粘片机,9,功率器件后封装工艺流程,-,压焊,压焊：用金丝或铝丝将芯片上的电极跟外引线（框架管脚）连接起来。,金丝金丝球焊,铝丝超声波焊,压焊示意图,划片,粘片,压焊,塑封,打印,10,压焊的特点,1,、自动压焊机，一致性好，焊点、弧度、高度最佳，可靠性高。,2,、根据管芯的实际工作电流选择引线直径规格，保证了良好的电流特性 。,压焊实物图,11,功率器件后封装工艺流程,压焊车间,全新的,KS TO-92,压焊机,压焊车间,12,功率器件后封装工艺流程,-,塑封,塑封体,框架管脚,塑封：压机注 塑，将已装片的管子进行包封,塑封示意图,划片,粘片,压焊,塑封,打印,13,塑封的特点,采用环氧树脂塑封材料封装，,阻燃，应力小，强度高，导热性好，密封性好，,保证晶体管大功率使用情况下具有良好散热能力，管体温度低。,塑封机,14,功率器件后封装工艺流程,塑封车间,塑封生产车间的景象,15,功率器件后封装工艺流程,激光打标,激光打印机,在管体打上标记,塑封,切筋,打印,电镀,测试,老化,16,功率器件后封装工艺流程,-,电镀切筋,电镀：,纯锡电镀，符合无铅化要求,切筋：器件分散,连筋,切筋示意图,塑封,切筋,打印,电镀,测试,老化,17,功率器件后封装工艺流程,切筋,切筋员工在操作,18,功率器件后封装工艺流程,-,老化,1,、严格的筛选条件，温度,140,150,。,2,、使用有,N,2,保护的烘箱，防止管子在高温下氧化。,塑封,切筋,打印,电镀,测试,老化,19,功率器件后封装工艺流程,切筋,电镀,测试,老化,检验,包装,测试流程,20,功率器件后封装工艺流程,测试设备,KT9614,与,DTS-1000,分选机,21,功率器件后封装工艺流程,包装,整洁的包装车间,新型的包装方式,编带,我公司今年新引进的编带机,22,产品一致性和可靠性,1,、产品的一致性,a.,芯片生产工艺控制,b.,通过细分类进行控制,2,、产品可靠性,a.,优化芯片生产工艺提高可靠性,b.,封装工艺的严格要求,23,产品参数一致性的保证,高精度的测试系统,1,、最高测试电压为,1000V,，最大电流,20A,，漏电流最高精度达到,pA,级，电压测试精度达到,2mV,2,、可测试的半导体器件有双极晶体管，,MOS,管，二极管等多种器件。,3,、对于双极晶体管，可测试,h,FE,、,Vcesat,、,Vbesat,、,Rhfe,、,Iceo,、,Iebo,、,Bveb,、,Icbo,、,Bvceo,、,Vfbe,、,Vfbc,、,Vfec,、,Bton,、,Bvces,、,Bvcer,、,Icer,、,Icex,、,Icbr,、,Icbs,、,BVcbo,、,Iceo,等参数,24,提高产品可靠性 封装工艺的严格控制,一、降低热阻,二、控制“虚焊”,三、增强塑封气密性,25,功率器件的重要参数热阻,降低器件发热量的三个途径,一、通过优化电路，避免开关器件进入放大区，减小器件上的功率消耗 。,二、降低器件的热阻，即提高器件的散热能力。,三、提高器件的电流性能，降低饱和压降 。,在电路和芯片都已固定的情况下，避免器件发热失效重要的途径就是降低器件的,热阻,。,26,功率器件的重要参数热阻,一、热阻的定义,热阻,(Rth),是表征晶体管工作时所产生的热量向外界散发的能力，单位为,/W,，即是当管子消耗掉,1W,时器件温度升高的度数。,RTH,总,RT1+ RT2+ RT3,27,功率器件的重要参数热阻,二、晶体管热阻的组成,1,、,R,T1,内热阻由芯片的大小及材料决定。,2,、,R,T2,接触热阻与封装工艺有关。,3,、,R,T3,与封装形式及是否加散热片有关。,28,热阻的工艺控制,我们工艺控制过程中，最重要的是解决接触热阻。主要的控制手段：,1,、粘片工艺对接触热阻的控制。,2,、高效的测试手段进行筛选 。,29,热阻的工艺控制,粘片工艺,原因,技术要求,工艺保证,芯片背面金属层质量,金属层平整清洁无氧化，且有一定厚度。,每片先试粘一条，试推力，符合工艺规范才下投。,焊料,表面清洁光亮，无氧化及斑点、粘污等不良现象。,与芯片、框架两者之间的浸润性良好，溶化后无颗粒状。,引线框架,表面平整、清洁、光亮无氧化，无斑点。,焊料点上熔化后，焊料与之的浸润好。,粘接强度,1,、推力：,mm,2,1kg,2,、焊料覆盖芯片面积,95%(,空洞面积,5%),3,、芯片、焊料、框架三者之间无缝隙。,1,、专职检验员每隔,1,小时巡查一次。,2,、,N,2,、,H,2,气体保护。,3,、,X-R,管理图,热阻偏大的原因分析与工艺保证,30,热阻的工艺控制,测试筛选,晶体管的热阻测试原理：,在一定范围内,pn,结的正向压降,Vbe,的变化与结温度的变化,T,有近似线性的关系：,Vbe,kT,对于硅,pn,结，,k,约等于,2,，热阻的计算公式为：,Rth,T/P,只需加一个稳定的功率，测量晶体管的,Vbe,即可计算出晶体管的热阻,R,T,。,31,热阻测试筛选设备的优点,进行热阻测试筛选，我们用的是日本,TESEC,的,Vbe,测试仪 。,32,热阻测试筛选设备的优点,Vbe,测试仪的性能参数及优点：,测试精度：,0.1mV,脉冲时间精确度：,1us,最高电压：,200V,最大电流：,20A,优点：,1.,精度高，且精度高可达到,0.1mV,，重复性好。,2.,筛选率高,33,热阻测试筛选设备的优点,优点,2,：筛选率高,如粘片有空洞，脉冲测试在很短功率脉冲内，由于热量来不及传导，有空洞的地方就会形成一个热点（即温度比粘结面其他地区高出很多的小区域）（如右图示 ）。,热点处温度高，,Vbe,将比其他地方的,Vbe,变化大。整个,pn,结的,Vbe,将主要受热点处的,Vbe,的影响，因此，有空洞的管子的,Vbe,比正常管子的,Vbe,要大很多。,34,我公司产品的热阻特点,通过测量,Vbe,，再经过公式,Rth,Vbe /KP,我公司典型产品值：,品种,封装形式,热阻值,MJE13001,TO-92,6.5/W,MJE13003BR,TO-126,3.5/W,MJE13005,TO-220,1.3/W,35,控制“虚焊”,造成虚焊的因素与对策措施,因素,技术要求,对策措施,引线材料,抗拉强度、延伸性良好，硬度适中。,1,、严格执行公司的原材料进料检验制度。,2,、不定期上供应商生产线考察质量体系进行情况。,劈刀,1,、劈刀端面平整，与引线形变后尺寸一致。,2,、确保劈刀端面有合适的振幅。,1,、定期清洗劈刀，保证端面清洁完整。,2,、劈刀安装位置准确，高度合适。,芯片铝层质量,铝层不氧化，无划伤，具有一定厚度,加强表面镜检，剔除不合格品。,引线强度不够,不同的线径，规定不同的工艺条件，压力 、功率、时间。,1,、在,N,2,保护中压焊。,2,、专职检验员，每隔,1h,巡检一次。,3,、引线强度的,-R,管理图。,框架管脚质量,1,、管脚牢固、平整。,2,、管脚锡层光亮平整、不氧化。,3,、高温老化后锡层不变色。,1,、调整塑封工艺，以达到充分填充。,2,、加强浸锡前，管脚处理。,3,、老化烘箱采用,N,2,保护。,_,X,36,控制“虚焊”的措施,压焊工序对引线拉力进行了严格的控制,37,塑封气密性的工艺控制,相关因素,工艺措施,检测措施,引线框架和塑料粘接表面机械强度,1,、引线框架的管脚增加两条密封槽，增加此处引线框架表面的粗糙度，使其与塑封料粘结更紧密,2,、在塑料型号上挑选收缩率低、流动性好的材料，使其之间的机械粘结更加紧密。,1,、定期检查设备运行状况，确保工艺参数稳定。,2,、严格原料检验。,3,、采用热强酸腐蚀比较法，定期检查密封性。,4,、借助广州五所的先进分析手段，不定期的对产品密封性能进行抽查。,5,、产品测试前增加老化工序，使存在隐患的产品提前失效，加严测试漏电的参数项，剔除可能存在缺陷的产品。,引线框架和塑料热膨胀系数匹配,对每种封装形式均需作材料热匹配的对比试验，通过样品测量和批量试用，选择最佳的材料组合。,注塑工艺方面的调整,1,、增大注塑压力和时间，使塑料达到充分填充。,2,、增加保压时间，使塑料充分固化后出模，防止出模时摩擦大，塑料发生形变而减弱与引线框架之间的粘结强度。,38,产品性价比,1,、材料的选用,2,、先进的工艺制程,3,、严格的生产过程控制,39,材料的选用,1.,供应商均经过评价认证,2.,品质好价格高的材料,40,先进的工艺制程,一、净化厂房，洁净度,10000,级，避免了粉尘灰粒的粘污,二、全自动的粘片、压焊机，并有氮氢气保护,三、所有产品经过高温老化，性能更稳定更可靠,四、精度高、稳定性好的测试筛选设备，,DTS-1000,，,Vbe,41,产品的特点,1,、电流特性好，饱和压降小，在输出相同的功率下，晶体管消耗的功率小，发热量低,2,、产品种类型号丰富，,专门针对节能灯、电子镇流器进行设计,封装形式,：,TO-92,、,TO-126,、,TO-220,、,TO-262,、,TO-263,、,TO251,带抗饱和电路的系列,L(,低电压,),系列晶体管,42,3,、可靠性高,如高低温循环（,-50,150,）,冰沸水浸泡试验,功率老化,4,、本公司生产芯片，保证质量及芯片货源,产品的特点,43,今后发展,后封装扩建搬迁项目,绿色环保塑封料,44,谢谢！,深爱半导体,-,封装部,结束语,45,